幕墙从设计到精通.docx
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幕墙从设计到精通
幕墙从设计到精通
幕墙设计与计算。
1.幕墙结构设计的一般原则
◆按围护结构设计,不承受主体结构的荷载和地震作用。
◆幕墙及其连接件应有足够的承载力、刚度和相对于主体结构的位移能力。
◆非抗震设计的幕墙,在风力作用下其板材不应破碎。
◆抗震设计的幕墙,在常遇地震作用下板材不应产生破损;在设防烈度地震作用下经修理后幕
墙仍可使用;在罕遇地震作用下幕墙骨架不应脱落。
◆构件设计应考虑重力荷载、风荷载、地震、温度和主体结构位移影响下的安全度。
2.幕墙结构设计方法
2.1结构的受力要求
玻璃幕墙分格划分大小,直接影响到板厚和横框、竖框截面尺寸的大小,板块划分得越大,单块板面受到的总风力越大,其板厚要求更高,材料耗用量越大。
在划分板块大小时,板的面积A与厚度t的关系:
A∽t2(即面积增大到2倍,厚度要增至1.4倍。
边长的增大与板厚的增加成正比。
幕墙划分的趋势向小面积发展,建议一般情况下,玻璃的面积不超过3m2)。
2.2承载力表达方式
◆内力表达方式:
S≤R(S—外荷载和效应产生的内力设计值、R—构件截面承载力设计值)
◆应力表达方式:
σ≤f(σ—各种荷载及作用产生应力设计值、f—材料强度设计值)
2.3幕墙结构安全度
◆采用允许应力方法,即要求σk≤〔f〕=fk/K
(σk—外荷载产生的应力标准值,未附加任何安全系数;〔f〕—为允许应力值,强度的允许值;
fk—为材料标准强度,由试验得到;K—结构安全系数)。
◆采用多系数方法,即基本表达式为(σ=K1σk)≤(fk/K2=f)
2.4荷载和作用效应可按下列方式进行组合(幕墙应按各效应组合中的最不利组合进行设计):
S=γGSG+ψWγWSW+ψEγESE+ψTγTST
式中S—荷载和作用效应组合后的设计值;SG—重力荷载作为不变荷载产生的效应;
SW、SE、ST—分别为风荷载、地震和温度作用为可变荷载和作用产生的效应;
γG、γW、γE、γT—各效应分项系数;ψW、ψE、ψT—风荷载、地震和温度作用效应组合系数。
◆进行幕墙构件、连接和锚固件承载力计算时,γG=1.2、γW=1.4、γE=1.3、γT=1.2;
◆进行位移和挠度计算时,各分项系数均应按1.0采用。
可考虑以下的典型组合:
◆S=1.2G+1.0×1.4W+0.6×1.3W+0.2×1.2T
◆S=1.2G+1.0×1.4W+0.6×1.2T+0.2×1.3E
◆S=1.2G+1.0×1.3E+0.6×1.4W+0.2×1.2T
◆S=1.2G+1.0×1.3E+0.6×1.2T+0.2×1.4W
◆S=1.2G+1.0×1.2T+0.6×1.4W+0.2×1.3E
◆S=1.2G+1.0×1.2T+0.6×1.3E+0.2×1.4W
G、W、E、T分别代表重力荷载、风荷载、地震作用和温度作用产生的应力或内力。
3.幕墙计算
3.1幕墙横框计算
a.幕墙在水平方向、竖直方向的受力模型均为简支梁,受力状态为双向受弯构件。
b.竖直方向的弯矩和挠度:
◆弯矩Mx=1/8qB2(KN.m)
式中:
q——横框所受一个分格构件自重的线荷载设计值(KN./m);B——横框长(m)
◆挠度f=5qkB4/384EIx
式中:
qk——横框所受一个分格自重线荷载标准值;Ix——横框绕x轴的惯性矩。
c.水平方向的弯矩和挠度
◆当B≤H时(H—分格高)其中:
弯矩My=1/12qB2 q=(1.4WK+0.6×1.3qEk)B
挠度f=qkB4/120EIy qk=(WK+0.6qEk)B
◆当B>H时其中:
弯矩My=1/8qB2 q=(1.4WK+0.6×1.3qEk)H
挠度f=5qkB4/384EIy qk=(WK+0.6qEk)H
d.横框中的最大应力设计值为MX/VWX+MY/VWY≤fa
式中:
V——塑性发展系数,取为1.05; WX、WY——横框绕X轴、Y轴的截面抵抗矩;
fa——型材的材料抗拉强度设计值。
e.横框产生的挠度应不大于B/180,且不大于20mm。
.2幕墙竖框的计算
◆竖框的计算主要采用下列四种简化力学模型:
a.简支梁——竖框上端悬挂在与建筑物连接的转接件上,下端固定在下层竖框伸出的铝插芯上。
(见图a)
b.双跨梁——竖框与建筑物的固定点比简支梁模型多一个。
(见图b)
c.多跨铰接连续静定梁——底层竖框的上端悬挑于固定点之上一定长度,第二层竖框的下端通过
铝插芯与底层竖框连接,其上端也悬挑一定长度,其余层依次同样安装。
(见图c)
d.多跨铰接连续一次超静定梁——双跨梁竖框上端带有一个悬挑端,其安装方式同多跨铰接连续静定梁。
(见图d)
图片附件:
3.jpg(2004-8-309:
02,41.7K)
◆计算模型选用原则:
a. 当楼面梁截面高度足够(或楼层间有辅助支撑结构)可以布置两个支点时,应优
先采用多跨铰接连续一次超静定梁;其次采用双跨梁。
b. 当楼面梁截面高度较小(或楼层间无辅助支撑结构)只能布置一个支点时,应优先采用多跨铰接连续静定梁。
此情况原则上不采用简支梁进行竖框计算,除非工程有特殊要求,方采用简支梁计算模型。
◆四种计算模型预选曲线:
(一、简支梁)
(二、双跨梁)
图片附件:
5.JPG(2004-8-309:
06,148.11K)
(三、多跨铰接连续静定梁)
(四、多跨铰接连续一次超静定梁)
3.3面材的应力计算
a.玻璃在垂直于幕墙平面方向上的荷载作用下的最大应力设计值为:
δ=6θ.q.a2/t2 (N/mm2)
式中:
q——面荷载设计值(N/mm2);
a——玻璃的短边长(mm);
t——玻璃的计算厚度(mm),按幕墙规范的规定执行;
θ——弯曲系数,按玻璃的边长比a/b查表(见幕墙规范)。
b.铝复合板、铝单板、蜂窝板在垂直于幕墙平面方向上的荷载作用下的最大应力标
准值为:
δ=6m.q.a2/t2.η(N/mm2)
式中:
q——面荷载的标准值(N/mm2);
a——板分格的短边长(mm);
t——板的厚度(mm);
m——弯曲系数,按板分格的边长比和边界条件查表;
η——考虑大挠度变形的应力折减系数,
根据θ=Wka4/Et4或θ=qEKa4/Et4 注:
查表(E为板的弹性模量)。
c.花岗石板(四角支承式)在垂直于幕墙平面方向的荷载作用下的最大应力设计值
为:
δ=6m.q.a2/t2
式中:
t——石板厚度(mm); 其余含义同b,但m所查的表不同。
3.4结构胶的厚度和宽度计算
a.隐框、半隐框幕墙采用的结构胶宽度除应满足构造要求外,还应按下面的公式计算确定。
◆ 结构胶的宽度按下面两种方法计算,取其中的较大者(但不得小于7mm)。
第一种在风荷载作用下:
CS=Wka/2000f1(mm)
式中:
Wk——风荷载标准值(KN/m2);
a——玻璃的短边长度(mm);
f1——胶的短期强度允许值(可按0.14N/mm2)。
第二种在玻璃自重作用下:
CS=qGKab/2000(a+b)f2
式中:
qGK——玻璃单位面积重量(KN/m2);
ab——玻璃的短边和长边长度(mm);
f2 ——胶的长期强度允许值(可按0.007N/mm2)。
b.倒挂玻璃的粘结宽度
CS= a(Wk/f1+qGK/f2)
2000 注:
式中符号同上。
c.结构胶的厚度按下式计算:
ts=us/δ√(2+δ)
式中:
us——幕墙玻璃的相对位移量(mm);
δ——结构胶的变位承受能力(%)。
注:
①玻璃与金属框之间的粘结厚度ts不应小于6mm,且不应大于12mm。
②几种结构胶的变位承受能力
图片附件:
8.jpg(2004-8-309:
08,15.7K)
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